中科院新疆理化所《Adv Sci》：经过石墨烯改性的背面界面，使基于金属箔的高效柔性CZTSSe太阳能电池成为可能

本文， 中国科学院新疆理化技术研究所 姬乙雄 研究员、澳大利亚墨尔本大学Paul Mulvaney、中南大学 刘芳洋教授等在《ADVANCED SCIENCE》期刊发表题为“Graphene-Engineered Rear Interfaces Enable Efficient Flexible CZTSSe Solar Cells on Metal Foils”的论文，研究在钼箔/Cu2⁢ZnSn(S,Se)4(CZTSSe) 背接触处引入了一层超薄双层石墨烯中间层。其原子级薄且化学惰性的特性，提供了一个连续的模板，使吸收层的生长在一定程度上脱离了基底粗糙度和界面化学活性的影响。

因此，石墨烯中间层提高了底部CZTSSe区域的形貌均匀性，抑制了有害的Mo–卤素反应和纳米尺度的相分解，并在高温加工过程中稳定了背面界面。电学分析进一步表明，石墨烯增强了背界面载流子的提取，这体现在长波长响应的改善、漏电流和串联电阻的降低，以及背接触势垒的降低，使其趋近于准欧姆行为。通过直接解决金属箔上柔性CZTSSe中主要的背界面瓶颈问题，这种基于石墨烯的界面工程策略为实现高效且机械性能优异的凯斯特石光伏器件提供了一条可行路径。

图1、Flexible device structures without and with inserting graphene layers.

综上所述，本研究指出，背面界面不稳定性是基于金属箔制备的柔性CZTSSe太阳能电池的主要限制因素。在高温硒化过程中，原始钼箔容易引发严重的背面界面退化，包括过量的Mo(S,Se)₂形成、界面空穴以及局部相分解，这些现象会导致复合增加并形成阻挡性的背面接触势垒。通过在钼箔与CZTSSe吸收层之间引入石墨烯中间层，可有效稳定背面界面。结构表征结果表明，Mo(S,Se)₂/CZTSSe界面更加平滑均匀，且底部吸收层区域的界面缺陷得到抑制。电学分析进一步证实，石墨烯主要改善了背接触性能，降低了背接触势垒高度，并实现了准欧姆载流子提取。因此，经石墨烯改性的柔性CZTSSe器件在𝑉OC、𝐽SC和FF方面均得到同步提升，实现了11.6%的行业领先效率。这些结果突显了后界面工程在柔性凯斯特石光伏器件中的重要性，并证明了基于石墨烯的界面解耦技术是改善金属箔上CZTSSe器件背接触质量的有效策略。

文献：https://doi.org/10.1002/advs.77181